SVT - Lycées - Rayonnement solaire

LSVT17
THÈME : Planète Terre et son environnement
Niveau : seconde
LE RAYONNEMENT SOLAIRE ET LES PLANÈTES
EXTRAIT DU BO:
La Terre est une planète du système solaire
L'énergie solaire reçue par les planètes varie en fonction de la distance au soleil.
CADRE PÉDAGOGIQUE:
Accroche : utiliser les informations médiatisées : réchauffement de la planète, gaz à effet de serre, trou
d’ozone…
On se propose d’utiliser un modèle pour montrer l’influence de différents facteurs sur le réchauffement de
l’atmosphère
OBJECTIFS :
Objectifs de méthode:
Réaliser : concevoir un protocole, utiliser des capteurs
Raisonner : adopter une démarche explicative
Saisir des informations
Utiliser un tableur pour tracer un graphe
Objectifs de connaissances
le Soleil émet dans l'espace des rayonnements de toute nature dont des rayons lumineux visibles
lumière blanche) et invisibles (infrarouge = chaleur ).
L’énergie solaire reçue par les planètes varie en fonction de sa distance par rapport au soleil.
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COIN LABORATOIRE
Gestion du temps : pas de problème particulier
J - 1: rassembler le matériel nécessaire
Réserver une salle obscure
Achat à prévoir :
Investissement :
capteurs individuels luxmètres, Réf. 22033
capteurs individuels thermiques Réf. 22027
ou
utilisation de capteurs ExAO
Matériel nécessaire (x nombre de groupe)
o
o
o
o
o
o
o
Lampe à dissection Réf. 03130
Règle graduée (1 m) Réf. 00200
Potence avec noix Réf. 00035
Capteur luxmètre Réf. 22033
Capteur thermomètre Réf. 22027
Interface
ordinateur
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ACTIVITES
Activité 1 : réaliser une modélisation pour montrer l’influence de la distance sur l’énergie
solaire reçue par les planètes
Remarque : l’énergie solaire est composée d’un ensemble de radiations dont certaines sont
détectées par notre œil (lumière visible) et d’autres pas . La chaleur solaire correspond à un
rayonnement infrarouge : un thermomètre permettra de détecter leur action..
Vous disposez d’un lot de matériel qui doit vous permettre de mener à bien votre activité.
Étape 1 : préciser les correspondances du modèle :
soleil = lampe
planètes = capteurs montés sur potence
Étape 2 : schématiser et titrer le dispositif retenu
Règle graduée
Capteurs t° et luxmètre
Lampe
Étape 3 : établir un protocole en tenant compte des particularités des capteurs :
− la réponse du capteur lumière (luxmètre) est immédiate.
− La réponse du capteur température n’est pas immédiate : la stabilisation est plus
rapide dans le sens d’un réchauffement que d’un refroidissement…
Décrire la démarche que vous allez suivre et appelez le professeur pour valider
o Commencer les mesures en choisissant l’éloignement maximal(1m), en laissant
le temps à la sonde thermique de se stabiliser : noter les valeurs(référence)
o Allumer la lampe, laisser stabiliser, noter les mesures
o Avancer la potence de 10 cm, laisser stabiliser, noter les mesures
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Étape 4 : réaliser les mesures et présenter les résultats dans un tableau à double entrée
Distance
lampe/capteur
(cm)
Eclairement
(Lux)
Température
(°C)
5
10
80
90
100
42800 24800 10800 5300 3100 1800 1300 1000 700
500
400
21
21
35
28
20
24,2
30
40
22,7 21,8
50
21,4
60
21,2
70
21,1
21
Étape 4 : représentation graphique des résultats
Un élève du binôme trace la courbe d’éclairement, l’autre la courbe de température
(si les élèves maîtrisent la construction de courbe, on peut introduire l’utilisation d’un
tableur.)
variation du rayonnement reçu en fonction de la distance
45000
40000
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
0
20
40
60
80
100
120
distance en cm
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variation de la température en fonction de la distance
36
34
32
30
28
26
24
22
20
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
distance en cm
résumer en une phrase les informations apportées par ces courbes
la modélisation montre que la lumière et la température décroissent très rapidement dés que
l’on s’éloigne de la source de rayonnement.
Activité 2 : comparer les valeurs calculées à partir d’un modèle avec des valeurs mesurées
pour valider le travail précédent.
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Etape 1 :
Rayonnement solaire en W/m2
Mercure
Rayonnement solaire calculé et mesuré
en fonction de la distance au soleil
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Pluton
Distance (unité astronomique )
Quelle(s) information(s) apporte ce document ?
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La superposition des valeurs mesurées aux valeurs calculées traduit l’exactitude du modèle.
température
+ 500°C
vénus
Températures de surface calculées et
mesurées pour les planètes du système
solaire
*
300°C
*
Mercure
100°C
Terre
0°C
Lune
- 200°C
*
*
*
*
Satellite
Mars
*
Mars
Astéroïdes
Distance au soleil (u;a.)
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Indiquer le problème soulevé par ce document et utiliser vos connaissances pour
proposer une hypothèse explicative.
Toutes les valeurs mesurées ne se superposent pas aux valeurs calculées.
Pourquoi Vénus, Mars et la Terre ont-elles des valeurs mesurées supérieures aux calculs ?
Pour trouver une explication , il faut trouver le point commun existant entre ces trois
planètes.
Elles partagent l’existence d’une atmosphère et on pourrait envisager que l’atmosphère
provoque une augmentation de la chaleur de surface.
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